JPWO2011093210A1 - 軸素材のセンタ穴加工方法及びセンタ穴加工装置 - Google Patents

Abstract

軸素材の加工取り代を小さくしても、加工後に素材表面が残らないようにする。このセンタ穴加工方法は、第１〜第５ステップを備えている。第１ステップは軸素材の軸方向における複数部位の外周形状データを取得する。第２ステップは、複数の部位の測定データのそれぞれを対応する設計データと比較し、センタ穴決定用の中心軸線を求める。第３ステップは、複数部位において、中心軸線から軸素材外周までの最小距離を算出する。第４ステップは、各部位における最小距離が加工寸法よりも大きい場合には中心軸線が正しいと判断し、最小距離が加工寸法以下の場合には中心軸線を最小距離が加工寸法よりも大きくなる方向に移動し、移動後の中心軸線に基づいて第３ステップを繰り返し実行する。第５ステップは正しいと判断された中心軸線の延長上の軸素材端面にセンタ穴を形成する。

Description

本発明は、センタ穴加工方法、特に、鍛造又は鋳造により形成された軸素材の外周を加工する際のセンタ穴を形成するためのセンタ穴加工方法に関する。また、本発明は、このセンタ穴加工方法を用いたセンタ穴加工装置に関する。

例えば、エンジンに組み込まれるカムシャフト等の軸素材は、主に鍛造により形成される。そして、この軸素材におけるカム部分及びジャーナル部分の外周面が切削及び研磨加工される。

このような軸素材を加工する前工程として、軸素材の両端面に加工基準としてのセンタ穴を形成する必要がある。このセンタ穴を加工する方法が従来から種々提案されている。

例えば、特許文献１では、軸素材の形状を測定して得られたデータから軸素材の真のセンタ位置が予測され、この予測によって得られた真のセンタ位置にセンタ穴が形成される。そして、このセンタ穴を利用して軸外周部等の加工が行われる。

また、特許文献２に示された方法では、まず、軸素材（クランクシャフト素材）の３次元形状データが取得され、このデータに基づいて軸素材のセンタ穴位置が仮決定される。次に、仮決定されたセンタ穴位置を基準として軸素材に対する加工がシミュレートされ、加工シミュレート後の形状が特定される。そして、加工シミュレート後の軸の回転バランスが許容範囲内にあるか否かが判断され、許容範囲内にある場合には、仮センタ穴位置が加工時のセンタ穴位置とされる。

特開平9-174382号公報 国際公開公報 WO 2009/016988 A1

以上のように、従来のセンタ穴加工方法では、主に加工後の回転バランスを小さくすることを目的として、軸素材のセンタ穴の位置が決定される。

しかし、これらの従来技術では、軸素材の加工取り代を少なくして材料費を削減することについては何ら触れられていない。この点について、以下に説明する。

鍛造や鋳造によって軸素材を形成する場合、鋳型の不良、型ズレ、曲がり等によって、素材表面に均一に加工取り代が確保されているとは言えない。このため、鍛造や鋳造によって形成された軸素材を加工する場合は、加工後においても鍛造や鋳造で形成された素材の表面が残らないように、軸素材に十分な加工取り代が確保されている。しかし、近年では、材料費削減のために、加工取り代を極力少なくすることが要求されており、加工取り代を少なくすると、軸素材の加工後においても、素材表面が残ってしまう場合がある。

加工取り代を少なくしたことによって、加工後に素材表面が残ってしまう点について、以下に、より詳細に検討する。

軸素材に対してセンタ穴を加工する場合は、軸素材表面の対向する２個所が、それぞれ固定クランプ部材及び揺動クランプ部材によってクランプされる。そして、軸素材が設計値通りの理想的な形状に仕上がっていれば、軸素材の中心にセンタ穴を形成すればよい。このような場合には、その後の加工工程においても、加工取り代が少なすぎて素材表面が除去しきれずに残ることはない。

しかし、実際には、素材制作時の鋳型や鍛造の型の不良等によって、以下のように軸素材が設計値通りに仕上がっているとは限らない。

（１）材料が多すぎて上型と下型とが離れてしまい、素材全体が太っている
（２）上型と下型とがずれていて、素材にもずれが生じている
（３）上型と下型とが互いに角度を持っており、素材に偏肉が生じている
（４）（１）〜（３）の複合
（５）素材を型から抜くとき、あるいは成形後の処理等により、素材に曲がりが生じている
軸素材のクランプされる個所が前述のような要因によって歪んでいた場合は、クランプ時に軸素材が移動又は回転し、正確なクランプができない。この様子を図１に示している。図１は、軸素材１を、固定クランプ部材２と揺動クランプ部材３とでクランプした場合の様子を示したものである。揺動クランプ部材３は、軸素材１に当接することで首振り揺動し、自動的に求芯する。

図１Ａは、軸素材が理想的な形状に仕上がった場合のクランプ状態を示している。ここでは、軸素材１が真円形に近い形状であるので、クランプ中心と幾何中心とは一致している。図１Ｂ及び図１Ｃは軸素材に誤差がある場合のクランプ状態を示している。軸素材に誤差がある場合は、図１Ｂに示すように、まず両クランプ部材２，３の爪が片当たりする。この状態からさらにクランプが進むと、図１Ｃに示すように、揺動クランプ部材３が揺動して自動求芯する。この結果、実際の軸素材の中心Ｃ１とクランプ中心Ｃ２とは一致しない。

図１Ｃに示すような状態でセンタ穴の加工を行うと、素材中心にセンタ穴を加工することはできない。特に、材料費削減のために加工取り代（図２の斜線部分）を少なくした場合には、図２に示すように、加工後に素材表面が除去されずに残ってしまう。

次に、軸素材に曲がりが生じている場合の問題点について説明する。軸素材の中心は、通常、クランプしている個所を基準にして決定される。軸素材１の曲がりを考慮すると、図３Ａに示すように、素材全長の６０〜７０％位置をクランプし、このクランプ位置における幾何中心を延長した両端面位置にセンタ穴を加工するのが好ましい。これにより、全長にわたって加工取り代をほぼ均等にすることができる。しかし、この場合は、両端面をフライス加工する際に、実際に加工される端面からクランプ位置までの距離が比較的長くなるので、加工時に振動しやすい。

これに対して、図３Ｂに示すように、端面加工時の振動を抑えるために端面近くをクランプすると、このクランプ位置の幾何中心を延長した両端面位置にセンタ穴が形成されることになり、場合によっては軸素材１の軸方向中心付近で加工取り代がなくなり、加工後に素材表面が残ってしまう場合がある。

以上のような問題を解消するために、同じロットの数本の軸素材を最初に加工して素材形状のずれの傾向を把握し、ずれ分だけセンタ穴加工位置を補正した後に残りの素材のセンタ穴加工を行う場合がある。しかし、このような方法では、ロットが変わって素材形状のずれの傾向が変わるたびに、ずれ傾向を把握するための無駄な加工をする必要がある。

本発明の課題は、軸素材の加工取り代を少なくしても、加工後にすべての素材表面を除去できるセンタ穴を加工する方法及び装置を提供することにある。

第１発明に係る軸素材のセンタ穴加工方法は、鍛造又は鋳造により形成された軸素材の外周を加工する際のセンタ穴を形成するための方法であって、第１〜第５ステップを備えている。第１ステップは軸素材の軸方向における複数部位の外周形状データを取得する。第２ステップは、複数の部位の測定データのそれぞれを対応する設計データと比較し、センタ穴決定用の中心軸線を求める。第３ステップは、複数部位において、中心軸線から軸素材外周までの最小距離を算出する。第４ステップは、各部位における最小距離が加工寸法よりも大きい場合には中心軸線が正しいと判断し、最小距離が加工寸法以下の場合には中心軸線を最小距離が加工寸法よりも大きくなる方向に移動し、移動後の中心軸線に基づいて第３ステップを繰り返し実行する。第５ステップは正しいと判断された中心軸線の延長上の軸素材端面にセンタ穴を形成する。

この加工方法では、外周形状データと設計データとを比較してセンタ穴決定用の中心軸線が求められる。次に、複数部位において中心軸線から軸素材外周までの最小距離が算出され、各部位における最小距離が加工寸法よりも大きい場合には、この中心軸線の延長上の軸素材端面にセンタ穴が形成される。一方、最小距離が加工寸法以下の場合には、中心軸線を最小距離が加工寸法よりも大きくなる方向に移動し、移動後の中心軸線に基づいて、前記同様に、複数部位における最小距離が算出される。

このようにして、各部位における最小距離が加工寸法よりも大きくなるように中心軸線が移動されて、センタ穴が形成されるので、加工後に軸素材表面が残ることがない。

第２発明に係る軸素材のセンタ穴加工方法では、第１発明の加工方法において、第４ステップは、中心軸線を所定回数移動させた後においても最小距離が加工寸法よりも大きくならない場合には、軸素材を不良と判断して加工ラインから除外するステップを含んでいる。

ここでは、例えば型ズレが大きく、どのように中心軸線を設定しても加工後に軸素材表面が残るような場合には、その軸素材は不良品として加工ラインから除外される。

第３発明に係る軸素材のセンタ穴加工方法は、第１又は第２発明の加工方法において、第２ステップは、最小二乗法を用いてセンタ穴決定用の中心軸線を求める。

第４発明の軸素材のセンタ穴加工方法は、第１から第３発明の加工方法において、第５ステップは、軸素材の両端面にフライス加工を行うフライス加工ステップと、フライス加工された軸素材の両端面にセンタ穴を形成するドリル加工ステップと、を有している。

第５発明に係る軸素材のセンタ穴加工装置は、鍛造又は鋳造により形成された軸素材の外周を加工する際のセンタ穴を形成するための装置であって、形状データ取得手段と、中心軸線算出手段と、最小距離算出手段と、中心軸線決定手段と、センタ穴加工手段と、を備えている。形状データ取得手段は軸素材の軸方向における複数部位の外周形状データを取得する。中心軸線算出手段は、複数の部位の測定データのそれぞれを対応する設計データと比較し、センタ穴決定用の中心軸線を求める。最小距離算出手段は、複数部位において、中心軸線から軸素材外周までの最小距離を算出する。中心軸線決定手段は、各部位における最小距離が加工寸法よりも大きい場合には中心軸線が正しいと判断し、最小距離が加工寸法以下の場合には中心軸線を最小距離が加工寸法よりも大きくなる方向に移動し、移動後の中心軸線に基づいて最小距離を算出する処理を繰り返し実行する。センタ穴加工手段は正しいと判断された中心軸線の延長上の軸素材端面にセンタ穴を形成する。

以上のような本発明では、センタ穴の位置を適切に設定することができ、軸素材の加工取り代を少なくしても加工後に素材表面が残らないようにすることができる。このため、材料費を削減できる。

素材ずれによるクランプ時の問題点を説明するための図。 素材ずれによるクランプ時の問題点を説明するための図。 素材ずれによるクランプ時の問題点を説明するための図。 素材ずれによる加工後の問題点を説明するための図。 クランプ位置による端面加工時の問題点を説明するための図。 クランプ位置による端面加工時の問題点を説明するための図。 軸素材の加工システムの構成図。 本発明の実施形態が適用される軸素材の一例の外観斜視図。 本発明の実施形態が適用される軸素材の一例の外観斜視図。 本発明の一実施形態によるセンタ穴加工機の概略平面図。 センタ穴加工機の動作シーケンス図。 センタ穴加工機の動作シーケンス図。 中心軸線決定処理の制御フローチャート。 中心軸線の移動により加工取り代を確保する処理を説明するための図。 中心軸線の移動により加工取り代を確保する処理を説明するための図。 本発明の実施形態が適用される軸素材の他の例の外観斜視図。 本発明の実施形態が適用される軸素材のさらに他の例を示す図。 本発明の実施形態が適用される軸素材のさらに他の例を示す図。 図１２Ａに示された軸素材の加工不良の例を示す図。

１．第１実施形態
［クランクシャフト加工システム］
図４に、本発明の一実施形態に係るセンタ穴加工機１０を含む軸加工システムを示す。この軸加工システム１００は、軸素材の両端面にセンタ穴を加工するセンタ穴加工機１０と、軸素材の両端面に加工されるセンタ穴の位置を決定するための処理を実行するコンピュータ２０と、センタ穴が加工された軸素材に対して所定の加工を行う加工機３０とを有する。

センタ穴加工機１０は、軸素材の形状を測定するための形状データ取得手段の一例としての形状測定機１１を備えている。

形状測定機１１は、例えば、レーザ変位計、赤外線変位計、ＬＥＤ式変位センサ等の非接触変位計、又は、作動トランス等の接触式変位計を有し、変位計からの測定値に基づいて軸素材の形状を測定する。この測定は、軸素材の複数の加工予定部位に対して実施される。複数の加工予定部位の測定に関しては、複数のセンサにより同時に測定してもよいし、１個のセンサを移動させて全加工予定部位を測定してもよい。また、軸素材を回転しセンサを固定して測定してもよいし、逆に軸素材を固定し、センサを回転あるいは水平移動させて測定してもよい。なお、形状測定機１１は、測定対象を複数の異なる位置から測定することにより、軸素材の形状全体を３次元形状データとして生成する３次元デジタイザ（イメージスキャナ）であってもよい。

コンピュータ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３とを有する。

ＲＯＭ２２は、ＣＰＵ２１に実行させる各種プログラムや各種情報を記憶する。本実施形態では、ＲＯＭ２２は、軸素材のセンタ穴の位置を決定するためのプログラムを記憶している。また、ＲＯＭ２２は、軸素材の設計上の外周形状データ（以下、設計データと記す）を記憶する。また、ＲＯＭ２２は、軸素材に対して加工機３０で実行する加工内容を記憶している。

ＲＡＭ２３は、プログラムやデータを記憶する領域として、あるいはＣＰＵ２１による処理に使用しているデータを格納する作業領域として利用される。

［軸素材］
図５Ａ及び図５Ｂに、本発明の一実施形態によるセンタ穴加工機１０によって加工される軸素材の一例を示す。この軸素材１は、上型及び下型を用いて鍛造又は鋳造により成形されたものである。図５Ａに示す軸素材１は、ほぼ設計値通りに仕上がっている。また、図５Ｂに示す軸素材１は上型と下型にずれがあった場合の素材形状を示している。この軸素材１は、５個所に加工予定部位１ａ〜１ｅを有している。

［センタ穴加工機の構成］
図６はセンタ穴加工機１０の概略構成を示す平面図である。このセンタ穴加工機１０は、第１及び第２加工部１２ａ，１２ｂと、第１及び第２チャック１３ａ，１３ｂと、メインクランパ１４と、を有している。

第１及び第２加工部１２ａ，１２ｂのそれぞれは、図６で示すＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能である。なお、Ｙ軸方向は図６では示されていないが、それぞれＸ軸とＺ軸に垂直な方向である。そして、両加工部１２ａ，１２ｂは、軸素材１の端面にフライス加工を行うとともに、センタ穴加工を行う。

第１及び第２チャック１３ａ，１３ｂは、それぞれ軸素材１を把持する際に素材形状に倣って自在に揺動する求芯チャックである。各求芯チャックは、等角度間隔で配置された３つのチャック爪を有しており、それぞれ軸素材１の両端部を把持する。また、この両チャック１３ａ，１３ｂは回転駆動機構によって同期して回転する。

メインクランパ１４は、軸素材１を把持して固定するものであり、軸素材１の加工予定部位１ａ，１ｅの外周を横方向（Ｘ軸方向）から把持する１対の第１把持部１４ａ及び１対の第２把持部１４ｂと、軸方向中央部の加工予定部位１ｃを軸方向外側から挟み込んで把持する１対の第３把持部１４ｃと、を有している。

［センタ穴加工機の制御処理］
以上のように構成されたセンタ穴加工機１０の制御処理を、図７Ａ及び図７Ｂの動作シーケンス図を用いて説明する。

図７ＡのステップＳ１では、メインクランパ１４のセンタ位置に軸素材１を配置し、長手方向（軸方向）の位置決めを行うためにメインクランパ１４の第３把持部１４ｃによって軸素材１の加工予定部位１ｃを軸方向外側から挟み込んで固定する。

次にステップＳ２においては、それぞれ１対の第１及び第２把持部１４ａ，１４ｂにより軸素材１の両端部の加工予定部位１ａ，１ｅを把持し、その後第３把持部１４ｃによる加工予定部位１ｃの把持を解除する。これにより、軸素材１がメインクランプ１４に強固に固定されたことになる。

ステップＳ３では、軸素材１をメインクランパ１４により強固に把持した状態で、第１及び第２求芯チャック１３ａ，１３ｂをＺ軸方向に移動させて軸素材１に近づけ、求芯チャック１３ａ，１３ｂにより軸素材１の両端部を把持する。このとき、軸素材１はメインクランパ１４により強固に把持されているので、求芯チャック１３ａ，１３ｂの性質上、各チャック爪はメインクランパ１４に把持された軸素材１の姿勢に倣って自在に移動し、軸素材１を把持する。すなわち、求芯チャック１３ａ，１３ｂに把持された軸素材１は、メインクランパ１４に把持された姿勢を維持している。

以上のようにして、軸素材１が求芯チャック１３ａ，１３ｂに把持された後、ステップＳ４では第１及び第２把持部１４ａ，１４ｂによる軸素材１の把持を解除する。

次にステップＳ５では、求芯チャック１３ａ，１３ｂを回転させて軸素材１を回転させ、かつレーザ変位計１１をＺ軸方向に走査して、軸素材１の形状データを得る。このステップＳ５において得られた形状データを設計データと比較してセンタ穴加工用の中心軸線を決定する。中心軸線決定のための処理については後述する。

以上のステップＳ５において軸素材１の形状測定が終了した後は、軸素材１の姿勢は、形状測定を行う前のステップＳ３における姿勢となっている。この状態で、図７ＢのステップＳ６では、軸素材１を求芯チャック１３ａ，１３ｂに把持したまま、メインクランパ１４の第１把持部１４ａ及び第２把持部１４ｂにより軸素材１を強固に把持する。

ステップＳ７では、求芯チャック１３ａ，１３ｂによる軸素材１の把持を解除した後、各チャック１３ａ，１３ｂを軸素材１から離れる方向に移動させる。

次にステップＳ８では、第１及び第２加工部１２ａ，１２ｂを、軸素材１側（Ｘ軸方向）に移動させた後、軸素材１の軸方向（Ｚ軸方向）に移動させる。そして、両加工部１２ａ，１２ｂをさらにＸ軸方向に移動させながら軸素材１の端面をフライス加工する。

このフライス加工において、加工面の軸方向位置は軸方向の位置決めクランパとしての第３把持部１４ｃによって決定される。しかし、軸素材１の外周形状データを測定したレーザ変位計１１を用いてフライス加工面の軸方向位置を決定することもできる。より詳細には、レーザ変位計１１を軸方向に走査しながら軸方向形状を測定し、この測定結果を軸方向の設計データとベストフィット比較して、フライス加工面の軸方向位置を決定することができる。

次にステップＳ９では、両加工部１２ａ，１２ｂを、センタ穴位置データに基づいてＸ軸方向及びＹ軸（垂直）方向に移動する。なお、センタ穴位置データは、後述する中心軸線決定処理により得られるものである。両加工部１２ａ，１２ｂがセンタ穴位置に移動させられた後は、両加工部１２ａ，１２ｂのそれぞれに設けられているドリル刃を駆動してＺ軸方向に前進させる。これにより、軸素材１の端面における最適中心位置にセンタ穴が形成される。

そしてステップＳ１０では、両加工部１２ａ，１２ｂをＺ軸方向において退避させ、メインクランパ１４の第１及び第２把持部１４ａ，１４ｂによる軸素材１の把持を解除し、センタ穴加工処理を終了する。

［センタ穴加工用中心軸線の決定処理］
以下、前述のステップＳ５において得られた軸素材１の測定データからセンタ穴加工用の中心軸線を決定する処理について、図８のフローチャートにしたがって説明する。

まずステップＰ１では、初期設定を行う。この初期設定では、カウント値Ｎを「０」に設定する等の処理を実行する。なお、カウント値Ｎは、軸素材１が不良品であるか否かを判定するために用いる値である。次にステップＰ２では、ステップＳ５で得られた軸素材１の外周形状データを取得する。

ステップＰ３では、外周形状データと設計データとを比較して、センタ穴加工用の中心軸線を算出する。すなわち、測定により得られた各加工予定部位の外周形状データは設計データに対してずれが生じているので、この測定データと設計データ（真円のデータ）に対して最小二乗法を適用して全ての部位を平均的に通る中心軸線を算出する。

具体的には、まず、測定された各外周データを設計データとベストフィット比較することにより、各加工予定部位における最小二乗中心を算出する。このとき、本実施形態では軸素材１は全てが円筒部であるので、真円に対する最小二乗法を適用する。軸素材がカム等のように特殊な形状の場合は、その特殊形状の設計データに対して最小二乗法によるベストフィットを適用する。そして、これらの複数の最小二乗中心点を通る最小二乗軸線を算出する。

ステップＰ４では、各加工予定部位において、ステップＰ３において得られた中心軸線と各加工予定部位の外周面との最小距離Rminを算出し、最小距離Rminと設計データである加工寸法R0とを比較する。

ステップＰ５では、各加工予定部位の最小距離Rminが加工寸法R0よりも大きいか否かを判断する。最小距離Rminが加工寸法R0よりも大きい場合は、加工取り代が存在することを意味する。この場合は、ステップＰ３で得られた中心軸線を基準としてセンタ穴を加工し、そのセンタ穴を利用して加工した後に、素材外周面が除去されずに残ることはない。したがって、この場合はステップＰ５からステップＰ６に移行し、ステップＰ３で得られた中心軸線をそのままセンタ穴加工用の中心軸線とする。

一方、最小距離Rminが加工寸法R0以下である場合は、加工取り代がないことを意味する。この場合は、ステップＰ３で得られた中心軸線を基準としてセンタ穴を加工し、そのセンタ穴を利用して加工した後に、素材外周面が除去されずに残る可能性がある。素材外周面が除去されずに残るということは、完成品状態で軸が不良品になることを意味する。この場合はステップＰ５からステップＰ７に移行し、ステップＰ４を実行した回数を示す数値Ｎをインクリメントする。そして、ステップＰ８では、数値Ｎが「４」に達したか否かを判断する。数値Ｎが「４」に達していない場合は、ステップＰ８からステップＰ９に移行する。

ステップＰ９では、全加工予定部位において加工取り代が残る方向に中心軸線を微少量移動させる。その後、ステップＰ４からステップＰ９の処理を実行する。中心軸線の移動によって加工取り代が残るような中心軸線が得られた場合は、これをセンタ穴加工用中心軸線として決定し（ステップＰ６）、処理を終了する。

一方、中心軸線の移動処理を３回実行してもまだ加工取り代が残るような中心軸線が決定できない場合は、ステップＰ８からステップＰ１０に移行する。このステップＰ１０では、軸素材１の素材ずれ量が修正不可能なほどに大きいと判断し、不良品としてラインから除外する。

［具体例］
中心軸線の移動について、図９Ａ及び図９Ｂを用いて具体的に説明する。なお、図９Ａは１個所で加工取り代が不足している場合を示し、図９Ｂは複数個所で加工取り代が不足している場合を示している。

図９Ａの（ａ）で示すように、１個所で加工取り代がマイナス又は０（図９ではマイナスの場合を例にとっている）の場合は、同図（ｂ）で示すように、中心軸線と加工予定部位を結ぶ直線上で、取り代不足がでた部位とは逆側に、径方向両側の加工取り代が均等になるように中心軸線を移動する。この移動処理後に、同図（ｃ）に示すように、別の部分において加工取り代が不足した場合は、同様の処理を実行し（ｄ）、最終的に全周において加工取り代が残るような中心軸線が得られた場合（ｅ）は、これをセンタ穴加工用中心軸線として決定する。

また、図９Ｂの（ａ）で示すように、複数の個所において加工取り代が不足する場合は、１個所ずつ順に同様の処理を実行する（ｂ〜ｄ）。そして、最終的に全周において加工取り代が残るような中心軸線が得られた場合（ｅ）は、これをセンタ穴加工用中心軸線として決定する。

［特徴］
以上のような本実施形態では、端面加工時に振動が生じにくい軸素材の端面付近をクランプした場合でも、加工取り代が均等になる位置を計算してセンタ穴の形成を行うことができる。また、加工取り代を極力小さくでき、材料費を大幅に削減することができる。

２．第２実施形態
前記実施形態では、軸素材が円筒形である場合を例にとって説明したが、図１０に示すようなカム軸４０を加工する場合においても、本発明を同様に適用することができる。カム軸４０の場合は、円筒状のジャーナル部４１ａ〜４１ｅと、カム部４２ａ〜４２ｄと、を有している。この場合は、ジャーナル部４１ａ〜４１ｅに対しては、前記実施形態同様に真円に対する最小二乗法を適用する。またカム部４２ａ〜４２ｄに対しては、カム形状の設計値に対して最小二乗法によるベストフィットを適用する。さらに、カム形状の場合は、それぞれのカム部の相互角度も決まっているので、相互角度についてもベストフィット計算に織り込んで中心軸線を算出する。

３．第３実施形態
さらに別の実施形態として、加工予定部位が同直径の円筒部のみの場合の例を図１１に示している。この場合は、まず、軸素材４５の外周形状を測定することによって全加工予定部位の形状データを取得する。そして、この得られた形状データから、各円筒部における最小二乗中心点を算出する。次に、これらの算出された複数の最小二乗中心点を通る最小二乗軸線を算出する。

以上のようにして中心軸線が得られた後の処理は、前記実施形態と同様であり、図８のステップＰ４からステップＰ１０までの処理を実行する。但し、後述するように、中心軸線の移動処理は１回のみ実施する。具体的には、ステップＰ８での「Ｎ＝４？」の処理は、「Ｎ＝２？」となる。

ここで、図１１に示すような軸素材４５の場合は、ステップＰ９での移動処理において、先に求めた中心軸線を、全加工予定部位の軸素材形状の最大内接円筒（図１１参照）の中心まで平行移動させればよい。そして、平行移動した後も加工取り代が存在しないと判断された場合は、再度の移動処理は実行せずに、直ちに不良品として除外する。この理由は、最大内接円筒の中心を再度求めても、先のステップでの処理と結果が同じになり、実質移動量が「０」になるからである。すなわち、全加工予定部位の軸素材形状の最大内接円筒の中心を１回求め、そこに移動した後も加工取り代が存在しない場合は、それ以上の修正の余地がないので、この場合は直ちに不良品として除外してよいことになる。

４．第４実施形態
図１２Ａにルーツブロアの三葉式ツイストロータ５０を示している。このツイストロータ５０は、鋳造によって形成され、両端の軸部５１ａ，５１ｂと、それらの間に形成されたロータ部５２とは、異なる鋳型で用いられる。このため、型ズレが生じる場合がある。型ズレが生じると、両端軸部５１ａ，５１ｂの中心とロータ部５２の中心とが一致しないことになる。このような状況において、従来の方法によって、両端の軸部５１ａ，５１ｂを基準にしてセンタ穴の位置が決定されると、このセンタ穴基準でロータ部を加工した場合、加工不良が生じることになる。

図１２Ｂに加工不良の様子を示している。図１２Ｂの（ａ）では、設計データにおける加工取り代を斜線で示している。この図に示すように、設計データ上では、ロータ部５２の外周全体において均一な取り代が設定されている。そして、型ズレが生じ、両端軸部５１ａ，５１ｂとロータ部５２の中心が一致しない場合に、従来の方法でセンタ穴を形成し、ロータ部５２を加工した場合の例を図１２Ｂの（ｂ）に示している。この図から明らかなように、ロータ部５２の外周の一部に素材表面が残っている。

そこで、このようなツイストロータ５０のセンタ穴を決定する場合も、本発明を適用することによって、ロータ部５２の外周に素材表面を残さずに加工することができる。

具体的には、まず、ロータ部５２の外周において、軸方向の複数箇所の外周形状を測定し、実際の形状データを取得する。そして、得られた形状データと理想形状である設計データとをベストフィットすることにより、ロータ部５２の軸方向の複数箇所における最小二乗中心を算出する。次に、軸方向の複数箇所における最小二乗中心が求まれば、さらにそれら全ての点に一番近い直線（中心軸線）を最小二乗法により求める。そして次に、上記で算出された中心軸線から、測定されたロータ部外周面までの距離を算出し、ロータ部５２の全外周において素材表面が残らないか否かを計算する。仮に素材表面が残る場合は、中心軸線を、素材表面が残らない方に移動させ、再度、前述の計算シミュレーションを行う。最終的にロータ外周部の全領域に、ある一定量の取り代が残るところで中心軸線を決定し、その延長線上の両端軸部５１ａ，５１ｂの端面にセンタ穴を形成する。

このような実施形態では、前記各実施形態と同様に、ワークとしてのツインロータが正しくクランプされていない場合でも、その状態で測定から加工までを行うので、適切な位置にセンタ穴を形成することができる。また、加工取り代を少なくすることができる。

なお、前記同様に、中心軸線の移動によっても取り代が確保できない場合は、素材を不良品として除外する。

本発明のセンタ穴加工方法及びセンタ穴加工装置では、センタ穴の位置を適切に設定することができ、軸素材の加工取り代を少なくしても加工後に素材表面が残らないようにすることができる。このため、材料費を削減できる。

１，４０，４５ 軸素材
１０ センタ穴加工機
１１ 形状測定機
１２ａ，１２ｂ 加工部
１３ａ，１３ｂ 求芯チャック
２０ コンピュータ
３０ 加工機

Claims (5)

1. 鍛造又は鋳造により形成された軸素材の外周を加工する際のセンタ穴を形成するためのセンタ穴加工方法であって、
   軸素材の軸方向における複数部位の外周形状データを取得する第１ステップと、
   前記複数の部位の測定データのそれぞれを対応する設計データと比較し、センタ穴決定用の中心軸線を求める第２ステップと、
   前記複数部位において、前記中心軸線から軸素材外周までの最小距離を算出する第３ステップと、
   各部位における前記最小距離が加工寸法よりも大きい場合には前記中心軸線が正しいと判断し、前記最小距離が加工寸法以下の場合には前記中心軸線を前記最小距離が加工寸法よりも大きくなる方向に移動し、移動後の中心軸線に基づいて前記第３ステップを繰り返し実行する第４ステップと、
   前記正しいと判断された中心軸線の延長上の軸素材端面にセンタ穴を形成する第５ステップと、
   を備えた軸素材のセンタ穴加工方法。
2. 前記第４ステップは、中心軸線を所定回数移動させた後においても前記最小距離が加工寸法よりも大きくならない場合には、軸素材を不良と判断して加工ラインから除外するステップを含んでいる、請求項１に記載の軸素材のセンタ穴加工方法。
3. 前記第２ステップは、最小二乗法を用いてセンタ穴決定用の中心軸線を求める、請求項１又は２に記載の軸素材のセンタ穴加工方法。
4. 前記第５ステップは、軸素材の両端面にフライス加工を行うフライス加工ステップと、フライス加工された軸素材の両端面にセンタ穴を形成するドリル加工ステップと、を有している、請求項１から３のいずれかに記載の軸素材のセンタ穴加工方法。
5. 鍛造又は鋳造により形成された軸素材の外周を加工する際のセンタ穴を形成するためのセンタ穴加工装置であって、
   軸素材の軸方向における複数部位の外周形状データを取得する形状データ取得手段と、
   前記複数の部位の測定データのそれぞれを対応する設計データと比較し、センタ穴決定用の中心軸線を求める中心軸線算出手段と、
   前記複数部位において、前記中心軸線から軸素材外周までの最小距離を算出する最小距離算出手段と、
   各部位における前記最小距離が加工寸法よりも大きい場合には前記中心軸線が正しいと判断し、前記最小距離が加工寸法以下の場合には前記中心軸線を前記最小距離が加工寸法よりも大きくなる方向に移動し、移動後の中心軸線に基づいて前記最小距離を算出する処理を繰り返し実行する中心軸線決定手段と、
   前記正しいと判断された中心軸線の延長上の軸素材端面にセンタ穴を形成するセンタ穴加工手段と、
   を備えた軸素材のセンタ穴加工装置。

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